ValidEIT - Validierung der regionalen Lungenperfusion auf Basis der elektrischen Impedanztomographie (EIT) durch Computertomographie (CT) und invasive Flussmessung (Swan-Ganz Katheter)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Leonhardt; Privatdozent Dr. Sebastian Reinartz
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Biomedizinische Systemtechnik ; Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422367304

Die elektrische Impedanztomographie (EIT) ist ein nichtinvasives, bildgebendes Verfahren, welches in der Intensivmedizin erfolgreich für das kontinuierliche, bettseitige Monitoring der regionalen Lungenventilation von maschinell beatmeten Patienten eingesetzt wird. Da Gasaustausch jedoch nur in gleichermaßen ventilierten wie perfundierten Lungenregionen stattfindet, wäre es äußerst erstrebenswert, neben der regionalen Lungenventilation auch die regionale Lungenperfusion mittels EIT zu bestimmen. Auf diese Weise würden völlig neue Ansätze zur Optimierung der Beatmung denkbar. Die Bestimmung der regionalen Lungenventilation mittels EIT erfolgt auf Grundlage des durch Atmungsaktivität hervorgerufenen Ventilationssignals (ventilation-related signal, VRS). Zusätzlich ist in der EIT-Messung ein pulsierendes, kardial-assoziiertes Signal (cardiac-related signal, CRS) zu beobachten, dessen genauer Ursprung bislang allerdings nicht abschließend geklärt ist. Es wird angenommen, dass das CRS im Lungenbereich zumindest teilweise aus pulsierenden Volumenänderungen des mikrovaskulären Gefäßbettes resultiert, wodurch prinzipiell ein Zusammenhang zur regionalen Lungenperfusion besteht. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Untersuchung des physiologischen Ursprunges des CRS, um auf diese Weise eine nichtinvasive Schätzung der regionalen Lungenperfusion mittels EIT zu ermöglichen. Im Rahmen des beantragten Forschungsprojektes soll die EIT-Perfusionsschätzung aus dem CRS mit der Perfusion-Computertomografie (CT-P) als etabliertem Referenzverfahren verglichen werden. Hierbei wird die Lungenperfusion regional und global durch Einlage eines Ballonkatheters auf unterschiedlichen Höhen des pulmonal-arteriellen Gefäßbaums sowie durch medikamentöse Eingriffe moduliert. Zusätzlich wird ein komplexes Finite-Elemente-Modell (FEM) des Thorax aufgebaut, um eine isolierte Untersuchung der Einflüsse verschiedener Faktoren (Leitfähigkeitsänderungen, geometrische Verschiebungen, Flussgeschwindigkeiten) auf das CRS vorzunehmen. Zur Schätzung der regionalen Lungenperfusion werden modell- und signalbasierte Ansätze verfolgt. Aufbauend auf den Daten der FEM-Simulation werden deterministische und stochastische CRS-Modelle entwickelt, welche auf den Daten der Tierversuche validiert werden. Weiterhin werden Methoden der blinden und semi-blinden Quellentrennung (blind source separation und blind deconvolution) eingesetzt, um eine Analyse des Signalursprungs des CRS vorzunehmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen